Pasivní protipožární ochrana staveb I. Ocelové konstrukce Trapézové plechy

Transkript

1 Pasivní protipožární ochrana staveb I Ocelové konstrukce Trapézové plechy

2 Obsah 1. Ochrana konstrukční oceli Zvýšení požární odolnosti ocelových nosných konstrukcí...2 Protipožární obklad ISOVER FireProtect...2 Požární klasifikace Součásti systému ISOVER FireProtect Použitý materiál a montážní nástroje...3 Desky ISOVER FireProtect Požární vruty Fire Screw...3 Přivařovací trny s kloboučky montáž Upevnění...4 Rozmístění upevňovacích prvků...4 Použití požárních vrutů Fire Screw...4 Použití přivařovacích trnů NÁVRH K čemu dojde v případě požáru? Vznik požáru...6 Plně rozvinutý požár...6 Nehořlavé materiály...6 Pevnost oceli...6 Konstrukce ocelových nosníků...7 Požární odolnost...7 Výpočet...7 Návrhové tabulky Ochrana trapézových plechů Obklady střech z ocelových trapézových plechů s požární odolností REI 90 dle ČSN EN Požární klasifikace...14 Upevnění...15 Trapézové střechy vynášené ocelovými nosníky Ochrana konstrukční oceli Zvýšení požární odolnosti ocelových nosných konstrukcí Prakticky všechny dnes užívané stavební materiály jsou buď samy o sobě hořlavé nebo se při vyšších teplotách po určité době deformují, praskají a ztrácejí stabilitu. Má-li být v případě požáru dosaženo alespoň základní bezpečnosti objektu před zřícením, je třeba zajistit po dobu nutnou pro jeho evakuaci a hašení stabilitu nosných konstrukčních prvků. Konkrétní požadavky na požární bezpečnost staveb jsou dány v základních projekčních normách řady Jednou z neúčinnějších možností, jak stavební konstrukce chránit před účinky plně rozvinutého požáru jsou protipožární obklady. Požární klasifikace Protipožární systém ISOVER FireProtect byl zkoušen společností PAVUS, a.s., zkušební laboratoř Veselí nad Lužnicí, autorizovanou osobou AO 216. Na základě protokolu o klasifikaci požární odolnosti dle ČSN EN : 2016 je možné ocelové nosné sloupy i nosníky chránit v rozsahu návrhových teplot C, pro součinitel průřezu až do A p /V = 716 m -1. Protipožární systém byl odzkoušen podle ČSN EN : 2013 a platí pro zvýšení požární odolnosti oceli až do R 180. Protipožární obklad ISOVER FireProtect Obklad ISOVER FireProtect zajišťuje spolehlivou a přitom velice snadno proveditelnou ochranu ocelových konstrukcí před účinky požáru. Velmi jednoduchým, rychlým a bezpečným způsobem tak lze chránit prakticky všechny druhy ocelových konstrukcí v plné šíři požadavků, které jsou na jejich požární odolnost kladeny projekčními normami. Proč použít protipožární systém ISOVER FireProtect? Funkce Splňuje ČSN EN :2013 Výhody Ochrana proti požáru, vysoká požární odolnost Reakce na oheň A1 dle ČSN EN Nehořlavý izolační materiál, nejvyšší třída reakce na oheň Až 5x lehčí obklad než běžně používané protipožární obklady Snadná manipulace Vynikající zpracovatelnost Výrobek lze snadno řezat ostrým nožem Rychlá montáž Suchá montáž bez nutnosti použití tmelů a lepidel Možnost využití odřezků Minimalizace odpadů na stavbě Odpadá potřeba prefabrikace Deska z kamenné vlny o vysoké kvalitě Úspora nákladů Chemicky inertní nenavlhavý izolační materiál, který neabsorbuje vlhkost z okolního vzduchu neurychluje korozi oceli Dlouhá životnost materiál nestárne a nemění své vlastnosti v čase Velmi dobré tepelněizolační vlastnosti (nízká tepelná vodivost)

3 2. Součásti systému ISOVER FireProtect Použitý materiál a montážní nástroje: desky ISOVER FireProtect 150 vruty Fire Screw přivařovací trny s kloboučky standardní izolatérský nůž akumulátorový šroubovák nebo navařovací agregát s přivařovací pistolí gumové kladivo Požární vruty Fire Screw Požární vruty Fire Screw se používají v délce rovné dvojnásobku tloušťky izolace. Délka (mm) Ks / balení Přivařovací trny s kloboučky Průměr dříku je 2,7 mm a průměr kloboučku je 30 mm. K dostání u specializovaných prodejců technických izolací, kde je možné si i pořídit nebo zapůjčit přivařovací agregát. Obr. 1 Nástroje potřebné k instalaci protipožárních obkladů ISOVER FireProtect Desky ISOVER FireProtect 150 Podstatou obkladů jsou izolační desky ISOVER FireProtect 150, vyrobené z kamenné vlny. AS kvalita dle AGI Q 132, ČSN EN a ASTM C 795 možnost použití na nerezových površích. Desky jsou hydrofobizovány dle ČSN EN Technické parametry: Kód zatřídění: MW EN T5 CS(10)20 ST(+)700 WS1 CL10 Tloušťka Volné desky na paletě Balíky na paletě (mm) Rozměry (mm) m 2 / paleta Rozměry (mm) m 2 / Paleta m 2 / Balení Balení / Paleta Desky / Balení , ,40 8, , , ,48 5, , ,20 4, , ,56 2, , ,80 2, * , ,60 2, * , ,28 1, Desky Isover FireProtect 150 lze po konzultaci dodat i v jiných tloušťkách nebo rozměrech. Tolerance tloušťky: ±1 mm, tolerance šířky: ±5 mm, tolerance délky: ±8 mm. * Minimální množství nutno konzultovat s výrobcem. Parametr Jednotka Hodnota Norma tepelné vlastnosti Deklarovaná hodnota součinitele tepelné vodivosti λ D C dle ČSN EN ISO W m -1 K-1 0,036 0,039 0,041 0,047 0,053 0,060 0,068 0,077 0,098 0,123 0,154 0,172 0,192 Měřená hodnota souč. tepelné vodivosti podle ČSN EN W m -1 K-1 0,034 0,038 0,040 0,045 0,052 0,058 0,066 0,074 0,094 0,118 0,147 0,164 0,183 Nejvyšší provozní teplota C 700 ČSN EN Měrná tepelná kapacita c p J kg -1 K FYZIKÁLNÍ vlastnosti Objemová hmotnost (tloušťka 20 a 25 mm) kg m ČSN EN 1602, ČSN EN Objemová hmotnost (tloušťka 30 mm) kg m ČSN EN 1602, ČSN EN Krátkodobá nasákavost W p kg m -2 << 1 ČSN EN 1609 Faktor difuzního odporu - 1,0 ČSN EN Odpor proti proudění vzduchu Ξ kpa s m ČSN EN Protipožární vlastnosti Reakce na oheň - A1 ČSN EN Bod tání t t C 1000 DIN 4102 díl 17 Akustické vlastnosti Frekvence Hz Činitel zvukové pohltivosti α 20 mm 0,05 0,20 0,55 0,85 0,95 1,00 pro kolmý dopad vln (-) 40 mm 0,20 0,65 0,90 0,90 0,95 0,95 dle ČSN EN ISO 354 Tloušťka a ČSN EN ISO mm 0,35 0,85 0,90 0,95 0,95 1, mm 0,45 0,70 0,85 0,95 0,95 1,00 Jednočíselné hodnoty - α w α stř NRC Stanovení jednočíselné veličiny podle ČSN EN ISO Tloušťka 20 mm 0,50 (M, H) 0,64 0,65 40 mm 0,90 0,85 0,85 60 mm 0,95 0,90 0, mm 0,90 0,86 0,85 2-3

4 3. Montáž Použití požárních vrutů Fire Screw Přichycení desek ke kotvicím přířezům Kotvení ochranných desek ISOVER FireProtect 150 se provádí požárními vruty Fire Screw k přířezům ze stejných desek o šířce 100 mm a délce odpovídající vzdálenosti mezi pásnicemi nosníku zvětšené o 2 3 mm. Minimální tloušťka přířezů je 40 mm. Osové rozestupy mezi vsunutými kotvícími přířezy jsou maximálně 600 mm. Maximální vzdálenost vrutů na kotvicích přířezech mezi sebou a od osy navazující kolmé desky je 200 mm. Upevnění Existují dvě možnosti upevnění desek ISOVER FireProtect 150: požárními vruty Fire Screw, přivařovacími trny s kloboučky. Obě metody kotvení lze také kombinovat. Přichycení desek mezi sebou Obkladové desky jsou v rozích spojeny požárními vruty Fire Screw po vzdálenostech 150 mm, první vrut se umisťuje minimálně 25 mm od kraje desky. Rozmístění upevňovacích prvků 25 mm 150 mm 600 mm 200 mm 200 mm 200 mm podélný spoj příčný spoj 100 mm Obr. 2 Montáž obkladů ISOVER FireProtect s využitím požárních vrutů Fire Screw

5 3. Montáž Protipožární ochrana ze 4 stran Protipožární ochrana ze 4 stran Protipožární ochrana ze 3 stran Protipožární ochrana ze 3 stran Protipožární ochrana ze 4 stran u speciálních tvarů Obr. 3 Rozmístění upevňovacích prvků V případě obložení uzavřených nosníků ze tří stran se horní řada vrutů Fire Screw nahradí trny s kloboučky přivařenými k horní části profilu. U I-profilu je možné použít buď přivaření nebo využít vruty kotvené do přířezů z izolace. 300 mm Použití přivařovacích trnů Desky se připevňují přivařovacími trny v rozteči maximálně 300 mm, vzdálenost prvního trnu od okraje desky je 75 mm. 75 mm Obr. 4 Montáž obkladů ISOVER FireProtect s využitím přivařovacích trnů Obr. 5 Obě metody kotvení lze také kombinovat důležité je pouze dodržet rozestupy (mezi trny 300 mm a mezi vruty 150 mm) 4-5

6 4. Návrh K čemu dojde v případě požáru? Požárem myslíme plně rozvinutý požár, tj. oheň, který se vymkl kontrole. Při návrhu ocelových konstrukcí se musí brát v potaz riziko poklesu pevnosti oceli v důsledku teplotní zátěže v případě požáru. Vznik požáru Požár představuje proces hoření, při kterém se uvolňuje teplo a světlo. K tomu, aby se oheň mohl dále šířit, potřebuje tři základní prvky hořlavý materiál, kyslík a teplo. Pokud některý z těchto prvků chybí, oheň zhasne. Plně rozvinutý požár Dohořívání Vznícení Obr. 6 Postup požáru (v budově) Nehořlavé materiály Hořlavost materiálů se stanovuje podle mezinárodních zkušebních metodik daných především normami ČSN EN ISO 1182 (Zkouška nehořlavosti) a ČSN EN ISO 1716 (Stanovení spalného tepla). Plně rozvinutý požár Šíření požáru v budově závisí především na množství hořlavých předmětů a konstrukcí a zásadní pro jeho další šíření je také přístup kyslíku. Typické šíření požáru je možné znázornit obr. 6. Z hlediska protipožární ochrany má největší význam první fáze vznícení. Právě v této fázi lze nejefektivněji provést záchranné operace a požár uhasit. Příspěvek stavebních hmot a konstrukcí ke vzniku a šíření požáru je dán reakcí na oheň a je důležitý hlavně v prvních 15 minutách po vzniku požáru. Jakmile začne teplota prudce stoupat a hořlavé materiály uvolňovat hořlavé plyny a kouř, může dojít až k prudkému a nekontrolovanému vznícení hořlavých plynů a ke vzplanutí celého prostoru. Osoby v místnosti mají v tuto dobu minimální šanci na přežití a zásahové jednotky už mají jen malou šanci požár uhasit. Ve fázi plamenného hoření dosahuje teplotní maximum cca 1000 C. Protipožární izolace ocelových konstrukcí zajistí, aby se působením takto vysokých teplot nezhroutily nosné ocelové prvky budovy. Desky ISOVER FireProtect 150 obsahují velmi malé množství hořlavého organického pojiva, jejich příspěvek k požáru je v podstatě nulový. Izolační materiál je dle normy ČSN EN klasifikován jako nehořlavý s nejvyšší reakcí na oheň A1. Pevnost oceli Ocel je nehořlavý stavební materiál, chování při požáru je však možno považovat za velmi nebezpečné a to v důsledku ztráty mechanických vlastností pevnost oceli při vysokých teplotách prudce klesá. Do cca 350 C mechanické vlastnosti klesají, ale neohrožují bezpečnost objektů. Kritický bod představuje teplota, při které výrazně poklesne mez kluzu oceli. Při dosažení kritické teploty oceli dojde v důsledku ztráty pevnosti zpravidla ke zřícení ocelových konstrukcí, které s sebou mohou strhnout i ostatní konstrukce, ke kterým jsou zakotveny. Negativním jevem je také teplotní roztažnost. Při zahřátí nosníku délky 10 m na 400 C dojde k prodloužení o cca 50 mm nutná dilatace ocelových konstrukcí. 1,0 η σ akt σ C Ve fázi dohořívání vydávají zuhelnatělé zbytky a žhavý popel silný sálavý žár. I v této fázi chrání protipožární izolace ocelovou konstrukci před nežádoucím nárůstem teploty. 0,8 0,4 0, C Obr. 7 Pevnost oceli v závislosti na teplotě

7 4. Návrh Konstrukce ocelových nosníků Při návrhu ocelové konstrukce je třeba zohlednit, jak se bude ocel chovat při požáru, kdy se napětí v oceli se vzrůstající teplotou snižuje. ISOVER FireProtect je vysoce efektivní protipožární systém, který dokáže podstatným způsobem omezit zvyšování teploty nosné ocelové konstrukce a tím prodloužit její požární odolnost. Výpočet Požární odolnost ocelové konstrukce závisí na kritické teplotě oceli, která se vypočítává z poměru návrhového účinku zatížení za požáru a návrhové hodnoty únosnosti při požáru. Podle ČSN se dle čl hodnota kritické teploty oceli u běžných nosných konstrukcí doporučuje uvažovat hodnotou t a,cr = 500 C. Použití této hodnoty je prakticky ve všech případech na straně bezpečnosti. Vyšší kritická teplota oceli vyžaduje menší tloušťku izolace a naopak. Kritická teplota oceli 560 C se používá u zavětrovacích prvků, střešních nosníků (vaznic, krokví apod.) nebo prvků střešních plášťů; 620 C u nosných prvků obvodových plášťů, které nezajišťují stabilitu objektu ani jeho části. Více informací lze nalézt v normě ČSN EN : Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí Část 1-2: Obecná pravidla Navrhování konstrukcí na účinky požáru. Požární odolnost Rozhodujícím ukazatelem pro stanovení požární odolnosti ocelových prvků je poměr obvodu prvku, která je vystavena účinkům požáru ku průřezové ploše prvku, tzv. součinitel průřezu A p /V (A p je vnitřní obvod izolace v metrech, V je plocha průřezu oceli v m 2 ). Čím větší poměr, tím rychleji dojde k zahřátí oceli a prvek má menší požární odolnost. Subtilnější konstrukční ocelové profily s vysokým součinitelem průřezu proto vyžadují protipožární izolaci o větší tloušťce. Příkladem profilů s nízkým součinitelem průřezu jsou profily HEB a HEM, mezi profily s vysokým součinitelem průřezu patří malé L-profily. b A p = 2b + 2h Obr. 8 Příkladem průřezů s nízkým součinitelem průřezu (A p /V) jsou profily HEB a HEM. Vysoký součinitel průřezu způsobuje rychlé zahřátí oceli, která pak vyžaduje použití silnější tloušťky izolace. Součinitel průřezu (hodnota A p /V) A p = vnitřní obvod izolace (m) V = průřezová plocha oceli (m 2 ) h Vzrůst teploty oceli Teplota oceli Vysoký poměr A p /V Nízký poměr A p /V Čas 6-7

8 4. Návrh Doba požární odolnosti 30 min Součinitel průřezu (m -1 ) Návrhová teplota ( C) Tloušťka požárně ochranného materiálu (mm) k udržení teploty oceli pod návrhovou teplotou

14 5. Ochrana trapézových plechů Obklady střech z ocelových trapézových plechů s požární odolností REI 90 dle ČSN EN Na požární bezpečnost staveb a jejich jednotlivé konstrukce jsou kladeny stále vyšší nároky. Jedny z konstrukcí, které se na stavbách hojně navrhují a používají, jsou střechy tvořené trapézovými plechy. Oblíbené jsou zejména pro své velmi dobré statické parametry. Během požáru se ale trapézové profily, vzhledem k jejich malé tloušťce, velmi rychle ohřívají a tím ztrácejí poměrně rychle svou původní ohybovou nosnost. Jejich další požární odolnost ale může být, za určitých konstrukčních předpokladů, založena na jejich membránovém působení. S tím jsou však spojeny poměrně velké deformace. strany. Tato konfigurace se v praxi vyskytuje hlavně v případě rekonstrukcí stávajících střech, nebo kde scházejí a nedají se doplnit či splnit zmíněné konstrukční předpoklady, dále všude tam, kde není možné upravovat a měnit vlastní skladbu pláště, anebo kde se požaduje vyšší požární odolnost, než jakou je možné docílit vrchní skladbou pláště, popřípadě tam kde by během požáru vadila zmíněná značná deformace střešního pláště. Požární klasifikace Požární odolnost střešního pláště systémem ISOVER FireProtect s nosným trapézovým profilem chráněným proti účinkům požáru v interiéru byla testována společností PAVUS, a.s., zkušební laboratoř Veselí nad Lužnicí, autorizovanou osobou AO 216. Střešní plášť byl odzkoušen podle ČSN EN : 2015 a klasifikace požární odolnosti provedena dle ČSN EN : 2016 s výsledkem REI 90. Spolupráce divize Isover, společnosti Saint-Gobain Construction Products CZ a.s. a společnosti Kovové profily spol. s r.o. vyústila ve vývoj staticky nejvýkonnějšího systému velkorozponových plochých střech s nosnými trapézovými profily s označením PROTECTROOF. Požární odolnosti je dosaženo vhodnou skladbou tepelných izolací Isover na trapézovém plechu (tzn. plech není ze spodní strany požárně chráněn). V r se spolupráce zaměřila na použití protipožárních obkladů ISOVER FireProtect pro ochranu trapézové střechy ze spodní Obr. 10 Pohled na zkušební vzorek ve 30. minutě testu protipožární obklad ISOVER FireProtect plní 100% svou funkci, střecha je zcela bez deformace (střecha namáhána ohybově, stejně jako v provozním stavu za normální teploty) Obr. 9 Systém ISOVER FireProtect pro ochranu střech z trapézových plechů se vyznačuje nejen nízkou hmotností a malou stavební výškou, ale i přímou montáží obkladu na trapézový plech bez pomocné nosné konstrukce Obr. 11 Pohled na zkušební vzorek v 90. minutě testu deformace střechy chráněné obkladem ISOVER FireProtect se blíží limitní deformaci dané zkušební normou ČSN EN (plynulý přechod z původního ohybového charakteru nosnosti na membránové působení)

15 5. Ochrana trapézových plechů Upevnění Montáž protipožárního obkladu z desek ISOVER FireProtect 150 v tloušťce 60 mm je velmi jednoduchá používají se přivařovací trny v rozteči max. 300 mm. Maximální vzdálenost od napojení obkladu je 75 mm. Orientační spotřeba trnů činí cca 10 ks/m 2. Trapézové střechy vynášené ocelovými nosníky V praxi se často vyskytuje případ nutnosti protipožární ochrany ocelových nosníků, případně ocelových vaznic, vynášejících trapézovou střechu. Opláštění ocelových nosníků se provádí systémem ISOVER FireProtect v tloušťce dané součinitelem průřezu A p /V a navrženou kritickou teplotou oceli. Ochrana trapézové střechy je provedena deskami ISOVER FireProtect 150 v tloušťce 60 mm. Podrobnější informace o dimenzovaní trapézových profilů za působení vysokých teplot vznikajících při požáru vám poskytne firma Kovové Profily, spol. s r. o. (viz zadní strana katalogu). Informace uvedené v této publikaci jsou založeny na našich současných znalostech a zkušenostech. Tyto informace nemohou být předmětem právního sporu. Při jakémkoli užití musí být zohledněny podmínky konkrétní aplikace, zvláště podmínky týkající se fyzických, technických a právních aspektů konstrukce. Ručení a záruky se řídí našimi obecnými obchodními podmínkami. Všechna práva vyhrazena

16 Technické izolace Ing. Petr Klement Ing. Vít Koverdynský, Ph.D. Technické poradenství Divize Isover Saint-Gobain Construction Products CZ a.s. Počernická 272/ Praha 10 Zákaznický servis pro minerální vlnu Centrála divize Masarykova Častolovice Tel.: Fax: ové objednávky: Zákaznický servis pro EPS Průmyslová Český Brod Tel.: Fax: ové objednávky: obj.cbrod@isover.cz Bezplatná informační linka 800 ISOVER ( ) Technické poradenství technickedotazy@isover.cz Tel.: Internetový obchod info@isover.cz 1 Technické poradenství a dimenzování: Ing. Tomáš Novák Tel.: novak@kovprof.cz 2 Obchod a zakázky: Jaroslav Vlasák Tel.: vlasak@kovprof.cz Jan Zich Tel.: zich@kovprof.cz Regionální manažer Severní Morava: Ivo Lenart Tel.: lenart@kovprof.cz Kovové profily, spol. s r.o. Podnikatelská Praha 9 - Běchovice Tel.: Mob.: Fax: (323) Dotazy a poptávky: servis@kovprof.cz